CN213400579U - 一种安全壳非能动的冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种安全壳非能动的冷却装置，包括导流板(1)，所述导流板(1)底部通过导流板支撑(35)与安全壳(4)内壁相连，所述导流板(1)顶部设有导流板顶部开口(2)；所述导流板(1)底部设有导流板底部收集槽(33)，所述导流板底部收集槽(33)和所述安全壳内壁收集槽(31)相连接；所述导流板支撑(35)与所述连接槽(32)作一体化设计。本装置使得事故后安全壳内产生的蒸汽有效到达钢制安全壳内壁面；有效地回收钢制安全壳内壁面被冷凝的蒸汽所产生的液体，并促进安全壳内持续的带热循环，从而帮助实现安全壳内压力和温度的降低，提高事故后的安全裕量。
Description
技术领域
本实用新型涉及核电厂安全壳冷却的装置，特别是属于核电厂非能动安全壳冷却装置。
背景技术
核电厂安全壳冷却系统，是防止放射性物质向外界释放的一项重要措施。以压水堆为例，在发生丧失冷却剂事故或蒸汽管线破裂事故后，高温高压的流体向安全壳内释放(即所谓质能释放)，从而使得安全壳升温升压，若安全壳得不到足够的冷却，将造成安全壳因超过设计压力而失效，导致放射性物质泄漏。因此核电厂专门设计了安全壳冷却系统及时冷却安全壳，使其维持事故后的完整性，从而阻止放射性物质泄漏的后果发生。
在某些核电厂中，安全壳为钢制的，反应堆一回路主系统等内部构筑物位于钢制安全壳内。在发生丧失冷却剂事故或蒸汽管线破裂事故后，以钢制安全壳作为传热界面，安全壳内的蒸汽在钢制安全壳内壁面被冷凝，蒸汽冷凝释放的热量通过钢制安全壳外壁面的冷却系统被导出。例如在美国AP1000核电厂和中国CAP1400核电厂中，事故后采用非能动安全壳冷却水箱对钢制安全壳外壁面进行喷淋，在钢制安全壳外壁面建立一层水膜，并且在安全壳屏蔽厂房与钢制安全壳之间建立空气流道，形成并强化水膜表面的空气的自然对流，利用水膜的蒸发和对流进行热量移除。在华龙一号中，采用安全壳非能动热交换器冷却安全壳内的蒸汽，并将安全壳热量导出至安全壳外。而又例如在美国NuScale核电厂中，钢制安全壳外壁面浸没于一个冷却水池中，事故后利用水池内水的蒸发移除钢制安全壳传出的热量。
然而，无论钢制安全壳外壁面采用何种冷却方式或者冷却系统，首先必须要使得事故后安全壳内产生的蒸汽有效到达钢制安全壳内壁面，才可以通过钢制安全壳释放热量给外界。其次，在钢制安全壳内壁面，蒸汽被冷凝所形成的液体，还必须被有效地进行回收，从而使得安全壳内可以建立持续的带热循环。
当前的设计中，对以上问题，安全壳内仅设计了壁面导流槽或水收集装置，甚至并未专门设计相应的结构件。在事故初期，安全壳内会产生大量蒸汽，进而产生一个压力峰值，需要对产生的蒸汽进行及时冷却；而在事故中后期，随着安全壳内蒸汽逐渐在安全壳内壁面上被冷凝，有部分被冷凝的液体直接从安全壳穹顶落下，并落入安全壳内无法被导流槽或水收集装置收集的“死区”，从而减少了可参与安全壳内带热循环的水量。虽然目前设计仍然可以满足安全要求，但是存在可以进一步优化之处。
本实用新型提供了一种适用于核电厂安全壳冷却的结构，尤其可以提升核电厂安全壳冷却系统的冷却效率。在发生丧失冷却剂事故或蒸汽管线破裂事故后，针对安全壳内的质能释放，本实用新型不依赖于外部动力源，可以1)使得事故后安全壳内产生的蒸汽有效到达钢制安全壳内壁面；2)有效地回收钢制安全壳内壁面蒸汽被冷凝所形成的液体，并促进安全壳内持续的带热循环，从而帮助实现安全壳内压力和温度的降低，提高事故后的安全裕量。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种帮助实现核电厂安全壳冷却的新型结构，尤其适用于提升核电厂安全壳冷却系统的冷却效率。该装置包括导流板(1)，所述导流板(1)是母线为直线或下凸曲线的三维结构，所述导流板(1)底部通过导流板支撑(35)与安全壳(4)内壁相连，所述导流板(1)顶部设有导流板顶部开口(2)，所述导流板顶部开口(2)的面积不超过安全壳(4)直筒段横截面积的40％；
所述导流板(1)底部设有导流板底部收集槽(33)，所述导流板底部收集槽(33)呈环形或环形排列而与所述导流板(1)底部相连，所述导流板底部收集槽(33)与安全壳内壁收集槽(31)相连；所述导流板底部收集槽(33)和所述安全壳内壁收集槽(31)通过连接槽(32)相连接；所述导流板支撑(35)与所述连接槽(32)相连接。
优选的，所述导流板底部收集槽(33)直接由导流板(1)底部边沿翻卷形成。
优选的，所述导流板底部收集槽(33)与所述安全壳内壁收集槽(31)可以是合为一体，或者分隔开。
优选的，所述安全壳内壁收集槽(31)通过所述连接槽(32)相连通。
优选的，所述导流板顶部开口(2)内可设置多根加强肋和导流叶片(21)。
优选的，所述导流板(1)外壁面设置肋片(34)导流。
优选的，所述导流板(1)的厚度不超过50mm。
优选的，所述导流板(1)可以是多块拼接而成。
优选的，所述导流板(1)内外表面覆有涂层。
优选的，所述导流板(1)内壁面可设置导流肋片。
采用非能动技术、利用烟囱效应，将事故后安全壳内产生的蒸汽引至安全壳顶部及壁面进行冷却冷凝，促进安全壳内的热量被迅速带至最终热阱，使得安全壳内的压力不会超过设计压力，提高事故后的安全裕量。通过导流板外壁面的导流作用，以及收集槽的收集作用，将事故后安全壳内蒸汽于安全壳内壁面冷凝形成的液体被收集于安全壳内水收集装置，使得水可以在安全壳内持续地进行带热循环，缓解事故后果。
附图说明
图1为新型安全壳冷却结构于安全壳内实施的示意图。
图2为新型安全壳冷却结构示意图。
1—导流板；2—导流板顶部开口；21—加强肋和导流叶片；3—收集槽、连接槽及支撑；31—安全壳内壁收集槽；32—连接槽；33—导流板底部收集槽；34—导流肋片；35—导流板支撑；4—安全壳；5—安全壳内壁面收集槽；51—导流管；6—安全壳内水收集装置；7—反应堆主系统；71—反应堆压力容器；72—蒸汽发生器；73—稳压器；8—安全壳外壁冷却系统或冷却装置。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
本实用新型的安全壳非能动冷却结构设置在安全壳4内，由导流板1、导流板底部收集槽33、安全壳内壁收集槽31和导流管51，以及导流板支撑35等组成。
导流板1由金属(例如不锈钢或碳钢或铝合金等)或高分子聚合物材料(例如聚酰亚胺或聚四氟乙烯等)制成，可以耐事故后的高温、高辐照条件。导流板1的厚度不超过50mm。导流板1为三维结构，母线为直线(可形成圆锥形)或下凸曲线(可形成凹锥形)，导流板1可以是多块拼接而成的，不必是一体成型的、或规整的圆锥形或凹锥形。导流板1内外表面覆有涂层，起到防腐蚀、减小流体摩擦的作用。导流板1外壁面设置肋片34导流(图2示意为8根，实际可设置不同数量)。导流板1内壁面也可设置导流肋片，导流肋片的数量不限。
如图2所示，导流板1顶部设有导流板顶部开口2，导流板顶部开口2的面积不超过安全壳直筒段横截面积的40％。导流板顶部开口2可以设置8根加强肋和导流叶片21，起到支撑和导流的作用，加强肋的数量不限。
导流板1底部设有收集槽33，其顶部为开放式，且呈环形而与导流板底部相连，或直接由导流板1底部边沿翻卷形成，可收集从导流板外壁面360度各个方向流下的液体，并阻挡这些液体直接从导流板落入下部安全壳。导流板底部收集槽33与安全壳内壁收集槽31相连，连接方式可以是：a.与安全壳内壁收集槽31合并为一；b.与安全壳内壁收集槽31直接相通(即仅有带孔挡板分隔或无挡板分隔)；c.与安全壳内壁收集槽31通过连接槽32相通(图2示意为8个连接槽，实际可设置不同数量)。
导流板1底部通过导流板支撑35与安全壳内壁相连，为导流板1提供支撑。导流板支撑35可以与连接槽32作一体化设计。
在事故后，安全壳内产生的蒸汽经过所述导流板1内壁的导流作用，利用烟囱效应，被引至安全壳1顶部及壁面冷却冷凝。通过安全壳外壁冷却系统或冷却装置8，安全壳内蒸汽热量，被带至最终热阱，使得安全壳内的压力不会超过设计压力。安全壳外壁冷却系统或冷却装置8的形式可以是空气冷却、水膜冷却、喷淋冷却、水淹浸没等等。基于安全壳外壁冷却系统或冷却装置8，安全壳4内壁面可以为来自导流板顶部开口2的热流体进行良好的冷却，从而在冷热密度差的作用下，导流板1与安全壳4之间形成的空间，为安全壳4内气体流动提供了自然循环流道，这将促进安全壳4内气体的循环流动。
在蒸汽冷凝过程中形成的液体，要么在安全壳4内壁面形成液膜，被收集在安全壳内壁收集槽31或5内，要么落在导流板1外壁面，被收集在导流板底部收集槽内，进而再进入安全壳内壁收集槽31。被导流板底部收集槽33及安全壳内壁收集槽31或5收集的液体，通过导流管51被收集于安全壳内收集装置6。安全壳内收集装置6的形式可以是安全壳地坑或安全壳内置换料水箱等。在丧失冷却剂事故下，被安全壳内收集装置6收集的液体将重新进入反应堆主系统7，重新变成蒸汽，参与带热循环。其中安全壳内壁面收集槽5，导流管51，安全壳内水收集装置6的具体结构形式，已经在美国AP1000核电厂和中国CAP1400核电厂中得到了实现。
图1所示的实施方式能够在不依赖电源、额外的动力源或驱动系统的情况下，通过图2所示的简单结构设计，可促进安全壳内气体的循环流动，使得事故后安全壳内产生的蒸汽有效地与钢制安全壳内壁面接触，并可使得事故后安全壳内壁面冷凝的液体被有效回收，使得水可以在安全壳内持续地进行带热循环，从而有效实现缓解事故后果，提高事故后的安全裕量的作用。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本实用新型的举例说明，本实用新型也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本实用新型的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本实用新型的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本实用新型的范围内。
Claims (10)
1.一种安全壳非能动的冷却装置，其特征在于，所述装置包括导流板(1)，所述导流板(1)是母线为直线或下凸曲线的三维结构，所述导流板(1)底部通过导流板支撑(35)与安全壳(4)内壁相连，所述导流板(1)顶部设有导流板顶部开口(2)，所述导流板顶部开口(2)的直径不超过安全壳(4)直筒段内径的40％；
所述导流板(1)底部设有导流板底部收集槽(33)，所述导流板底部收集槽(33)呈环形而与所述导流板(1)底部相连，所述导流板底部收集槽(33)与安全壳内壁收集槽(31)相连；所述导流板底部收集槽(33)和所述安全壳内壁收集槽(31)通过连接槽(32)与所述安全壳(4)相连接；所述导流板支撑(35)与所述连接槽(32)相连接。
2.如权利要求1所述的一种安全壳非能动的冷却装置，其特征在于，所述导流板底部收集槽(33)直接由导流板(1)底部边沿翻卷形成。
3.如权利要求1所述的一种安全壳非能动的冷却装置，其特征在于，所述导流板底部收集槽(33)与所述安全壳内壁收集槽(31)可以是合为一体，或者分隔开。
4.如权利要求1所述的一种安全壳非能动的冷却装置，其特征在于，所述安全壳内壁收集槽(31)通过所述连接槽(32)相连通。
5.如权利要求1所述的一种安全壳非能动的冷却装置，其特征在于，所述导流板顶部开口(2)内可设置多根加强肋和导流叶片(21)。
6.如权利要求1所述的一种安全壳非能动的冷却装置，其特征在于，所述导流板(1)外壁面设置肋片(34)导流。
7.如权利要求1所述的一种安全壳非能动的冷却装置，其特征在于，所述导流板(1)的厚度在50mm以下。
8.如权利要求1所述的一种安全壳非能动的冷却装置，其特征在于，所述导流板(1)可以是多块拼接而成。
9.如权利要求1所述的一种安全壳非能动的冷却装置，其特征在于，所述导流板(1)内外表面覆有涂层。
10.如权利要求1所述的一种安全壳非能动的冷却装置，其特征在于，所述导流板(1)内壁面可以设置导流肋片。
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Cited By (1)
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